(57)【要約】【課題】  所望の回転範囲でリニアな出力を得ることのできる無接触可変電圧器を提供する。【解決手段】  Ｎ極とＳ極を持つ円形状の回転可能とした磁石４０の基準位置で磁気センサ６０A の感磁部が磁石４０のＮ極とＳ極の境界位置に対向する位置に磁気センサ６０A を配置し、この磁気センサ６０A より９０°の角度を持たせて磁気センサ６０B を設け、−４５°〜＋４５°の範囲は、磁気センサ６０A の出力をそのまま出力し、磁石４０が基準位置より＋４５°回転し、その後の＋４５°〜＋１３５°の範囲は、磁気センサ６０B の出力を磁気センサ６０A のリミッタによる保持出力に加算して出力し、磁石４０の回転する−４５°〜＋１３５°の１８０°の範囲で回転角に応じてリニアに変化する出力電圧を得る。【選択図】      図７
2006047120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジングに回転可能に支持された操作軸と、ハウジング内の操作軸部分に取り付けられて操作軸と一体に回転する磁石と、この磁石に対向して配置される磁気センサとを備え、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させる無接触可変電圧器において、
前記磁気センサを複数個備えるとともに、各磁気センサは互いに所定角度をおいて配置し、かつこれら複数個の磁気センサの出力を合算する合算手段を備え、この合算手段より、前記操作軸の回転に応じた出力を得ることを特徴とする無接触可変電圧器。
【請求項２】
前記各磁気センサは、出力の絶対値が所定値を越えると、その所定値に保持して出力するリミッタを備え、このリミッタ出力を前記合算手段に入力することを特徴とする請求項１記載の無接触可変電圧器。
【請求項３】
前記各磁気センサ間の所定角度は、９０°であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無接触可変電圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁石と磁気センサによって構成される無接触可変電圧器に関し、特にパソコンやゲーム機器等の入力装置として使用されるスティックコントローラ等に組み込まれる可変抵抗器、あるいは通常の可変抵抗器の代わりに用いられる無接触可変電圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石と磁気センサを用いた無接触可変電圧器としては、ハウジング上部中央に軸受が固定され、この軸受により操作軸が回転可能に支持され、ハウジング内の操作軸部分に磁石が操作軸と一体に回転するように取り付けられ、磁石に対向して磁気センサが配置され、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２５９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来の無接触可変電圧器において、磁石と磁気センサは、例えば図８に示す位置関係に配備されている。図８において、円形状の磁石４０が、取付穴４１に取り付けられる操作軸によって、磁気センサ６０の近傍で回転する。磁石４０の回転に応じて、磁気センサ６０はその磁石４０の回転角に応じた電圧を出力する。
【０００４】
図８に示すように、磁石４０のＮ極とＳ極が磁気センサ６０と等距離にある回転位置を０°とし、この０°の位置からＳ極を磁気センサ６０に接近する方向に９０°回転させた位置を−９０°、逆に０°の位置からＮ極を磁気センサ６０に接近する方向に回転させた位置を＋９０°の回転位置とする。操作軸により、磁石４０を−９０°の位置から＋９０°の位置まで回転させたときの磁気センサ６０の出力波形を図９に示す。
【０００５】
この図で明らかなように、出力電圧は操作軸の回転とともに、ほぼ正弦波状に変化し、可変電圧器の回転角が０〜１８０°（図９の−９０°〜＋９０°）の場合、−４５°〜＋４５°の回転範囲は、出力電圧の変化がリニアであるが、−９０°〜−４５°、及び＋４５°〜＋９０°では出力電圧の変化がリニアでなく、実用的には１２０°（−６０°〜＋６０°）の範囲で使用可能としても全回転角０°〜１８０°においてリニアな出力電圧が得られないという問題があった。
【０００６】
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、従来よりも広い所望の回転角でリニアな出力を得ることができる無接触可変電圧器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の無接触可変電圧器は、ハウジングと、このハウジングに回転可能に支持された操作軸と、ハウジング内の操作軸部分に取り付けられて操作軸と一体に回転する磁石と、この磁石に対向して配置される磁気センサとを備え、磁石の回転による磁束の変化で磁気センサの出力を変化させる無接触可変電圧器において、前記磁気センサを複数個備えるとともに、各磁気センサは互いに所定角度をおいて配置し、かつこれら複数個の磁気センサの出力を合算する合算手段を備え、この合算手段より、前記操作軸の回転に応じた出力を得ることを特徴とする。ここで言う合算手段は、加算手段が例示できるが、減算手段などであっても良い。
【０００８】
この発明において、前記各磁気センサは、出力の絶対値が所定値を越えると、その所定値に保持して出力するリミッタを備え、このリミッタ出力を前記合算手段に入力することができる。
【０００９】
また、この発明において、所定角度として９０°が例示される。また、この発明において、磁気センサとしては、磁界の強さの変化を電気信号として取り出すことができるものであれば良く、ホール素子、磁気抵抗素子〔例えば、マグネティック・レジスタンス・センサ（ＭＲセンサ）〕が例示される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、磁気センサを複数個備え、それぞれの磁気センサのリニアな特性が得られる出力電圧を合算して、可変電圧器の出力を得るので、広い角度範囲でリニアな変化の出力電圧を得ることができる。
【００１１】
また、磁気センサのリミッタにより、各磁気センサの出力の絶対値が所定値を越えると、その所定値を保持して出力することにより、各磁気センサのノンリニア部分の影響を軽減でき、リニアな変化の出力電圧が得やすくなる。
【００１２】
また、磁気センサ間の位置ずらし角度を９０°とすることにより、それぞれの磁気センサで９０°の範囲のリニア領域が得られ、２つの磁気センサを使用することにより、１８０°の回転範囲でリニアな変化の出力電圧を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。この発明の一実施形態である無接触可変電圧器の外観斜視図を図１に示す。また、この実施形態無接触可変電圧器の要部断面図を図２に示し、シールドカバーを取り除いた状態でのハウジング底面側から見た側面図を図３の（ａ）に示し、操作軸から見た側面図を図３の（ｂ）に示す。
【００１４】
この実施形態無接触可変電圧器１は、底部が開口する円形状のケース１０と、このケース１０の底面開口を塞ぐように底部に嵌着されたシールドカバー１１とでハウジングが構成される。ケース１０は、この電圧器１を使用する機器に組み込むときの位置決めに用いる位置決めボス１２を上部に有する。
【００１５】
ケース１０の上部中央には、軸受部２０が突設され、この軸受部２０により操作軸３０は、中央部付近に設けられてケース１０の軸受部２０の内壁に係合する係合部としてのフック３１と、内端部（左端部）に突設されて磁石４０を取り付けるためのフック３２と、磁石４０の周囲に係合して磁石４０を位置決めするリブ３４とを有する。フック３１、３２は、いずれも変位可能なように適度の弾性を有する。
【００１６】
この操作軸３０のフック３１に対応して、ケース１０の軸受部２０の内壁にはフック３１に係合して操作軸３０を支持する支持部（段部）２１が設けられている。また、ケース１０内における軸受部２０の端部には、凸部２２が設けられ、凸部２２が操作軸３０の段部３３に当接する。従って、軸受部２０に操作軸３０を挿入すると、操作軸３０のフック３１が軸受部２０の支持部２１に係合すると共に、ケース１０の凸部２２が操作軸３０の段部３３に当接することにより、操作軸３０が軸受部２０から外れないように確実に支持される。なお、軸受部２０の外周には、この無接触可変電圧器１をスティックコントローラ等の入力装置にナットで固定するためのネジ部２３が形成されている。
【００１７】
ケース１０内部において、操作軸３０の内端部に、図７に示す如き平面形状が円形の磁石４０が取り付けられ、磁石４０は操作軸３０と一体に回転する。磁石４０は、その中央部に取付孔４１を有し、この取付孔４１に操作軸３０のフック３２が挿入されて、フック３２が取付孔４１の周縁部に係合することで、磁石４０が操作軸３０に一体に取り付けられる。操作軸３０をケース１０に組み付ける際には、先ず磁石４０を操作軸３０に取り付けてから、操作軸３０をケース１０の底部側から軸受部２０に挿入するだけで良く、非常に作業性が良い。
【００１８】
ケース１０の内部には、プリント基板５０がネジ５１でケース１０に固定されている。このプリント基板５０の一方面側には、センサホルダ６１A によって保持された磁気センサ６０A と、図７に示すように、磁気センサ６０A と９０度の角度の異なる位置に配置される磁気センサ６０B 及びそのセンサホルダ６１B と、外部回路接続用のコネクタ５５とが実装され、他方面側には磁気センサ６０A 、６０B の出力変化を電圧変化に変換する回路部等を構成する各種電子部品５６が実装されている。磁気センサ６０A （６０B ）は、固定用フック６２A （６２B ）でセンサホルダ６１A （６１B ）に確実に固定され、フック６２A （６２B ）はプリント基板５０に形成した穴に嵌合している。
【００１９】
磁気センサ６０A は、磁石４０の外周に僅かな間隙を置いて配置している。磁石４０は、磁気センサ６０A との対向面が円孤状であり、磁石４０が回転しても、磁石４０の対向面と磁気センサ６０A との距離が一定に保たれるようになっている。磁気センサ６０A は、操作軸３０、即ち磁石４０が基準位置にあるときに、感磁部が磁石４０のＮ極とＳ極の境界に対面するように（図７に示す位置参照）位置決めされており、この状態のときには磁気センサ６０A は磁気変化を検知せず、出力しない。磁気センサ６０B は、操作軸３０を中心として磁気センサ６０A に対し、操作軸３０の正の回転方向に向けて９０度の角度をおいて配置され、磁石４０との関係は磁気センサ６０A の場合と同様である。このように、２個の磁気センサ６０A 、６０B を備え、これらの磁気センサを９０°の角度をおいて配置したことが、この実施形態無接触可変電圧器の特徴の１つである。
【００２０】
コネクタ５５は、ケース１０の外部に向かって実装され、例えばシールドケーブル等が接続される。なお、磁気センサ６０A 、６０B とプリント基板５０を別個に配置し、両者をリード線で接続しても良い。また、シールドカバー１１は磁性体からなり、このシールドカバー１１で磁石４０及び磁気センサ６０A 、６０B を包囲することで、外部磁気の影響を受け難くすると共に、内部磁石４０の磁気が外部に漏れるのを少なくしている。
【００２１】
次に、この実施形態無接触可変電圧器１の磁気センサを含む各種電子部品５６の回路接続である回路例を説明する。図４は、磁気センサとしてホール素子を用いた場合の回路の一例を示している。磁気センサ回路７０A は磁気センサ６０A の信号出力回路であり、磁気センサ回路７０B は磁気センサ６０B の信号出力回路であり、これら磁気センサ回路７０A と磁気センサ回路７０B の出力は、加算回路７１で加算されて、出力される。動作の詳細は後述する。
【００２２】
磁気センサ回路７０A は、ホール素子である磁気センサ６０A と、この磁気センサ６０A よりの電圧を増幅するアナログ増幅器ＩＣ1 と、このアナログ増幅器ＩＣ1 の出力を正負で所定値以上をカットして出力するリミッタＩＣ2 とを備えている。
【００２３】
磁気センサ回路７０A において、ＶCC−ＶEE間に印加された電圧は、抵抗Ｒ1 、Ｒ2 を経て、ホール素子である磁気センサ６０A に通電する。磁気センサ６０A に磁気がない場合、磁気センサ６０A は電圧を発生させず、抵抗Ｒ3 、Ｒ4 に接続される出力部を通じて、アナログ増幅部ＩＣ1 に入力が与えられない。これは磁気センサ６０A の感磁部に磁石４０のＮ極とＳ極との境界が対面する無磁力の場合も同様である。ここで、操作軸３０が回転し、磁気センサ６０A にＮ極が近づくと、抵抗Ｒ4 に接続された磁気センサ６０A の出力端子にプラス電圧が、抵抗Ｒ3 に接続された出力端子側にマイナス電圧が発生する。この磁気センサ６０A の出力電圧は、増幅器ＩＣ1 に入力され、抵抗Ｒ5 により定められた増幅率によって増幅され、リミッタＩＣ2 に入力される。Ｎ極が磁気センサ６０A に更に接近し、増幅器ＩＣ1 の出力が所定値になると、リミッタＩＣ2 で、それ以上の値はカットされ、所定値に達すると、それ以後は所定値にホールドされた電圧が出力される。
【００２４】
反対に、操作軸３０が回転し、磁気センサ６０A にＳ極が近づくと、抵抗Ｒ3 に接続された磁気センサ６０A の出力端子側にプラス電圧が、抵抗Ｒ4 に接続された磁気センサ６０A の出力端子側にマイナス電圧が発生する。この磁気センサ６０A の出力電圧は、増幅器ＩＣ1 に入力され、抵抗Ｒ5 により定められた増幅率によって増幅され、マイナス電圧がリミッタＩＣ2 に入力される。Ｓ極が磁気センサ６０A に更に接近し、増幅器ＩＣ1 の出力がマイナスの所定値よりもマイナスとなると、リミッタＩＣ2 でそれ以上のマイナス分はカットされる。更にＳ極を接近させると、それ以後は、所定値にホールドされた電圧を出力する。
【００２５】
上記の動作により、磁気センサ回路７０A の出力電圧は、操作軸３０の正回転（時計方向の回転）に応じ、図５の（ａ）Ｓ１の太線で示すように、角度−４５°〜＋４５°はリニアに変化し、−４５°以上にマイナスの角度、＋４５°以上にプラスの角度ではそれぞれマイナス、プラスの所定値に保持される。
【００２６】
磁気センサ回路７０B は、磁気センサ回路７０A と基本的には同様の回路を有するが、磁気センサ６０B は磁気センサ６０A より正回転方向に９０°ずらして配置されている。そのため、磁気センサ回路７０B では、操作軸３０を回転させて、磁気センサ６０A の感磁部に磁石４０のＮ極とＳ極との境界が対面する位置を０°として、その出力波形を示すと、図５の（ｂ）のＳ２のようになる。この波形では、プラスの方向に操作軸３０を回転させてゆくと、磁気センサ回路７０A の出力よりも９０°遅れて＋４５°の位置からリニアな出力変化となり、その後、＋１３５°までリニアな出力変化が続く。
【００２７】
この実施形態では、磁気センサ７０A と磁気センサ回路７０B の両出力を加算回路７１に入力しており、操作軸３０の回転開始を−４５°とし、それから＋４５°の位置までは、磁気センサ回路７０A の出力がリニアに上昇するに対し、磁気センサ７０B の出力はマイナス側にリミットされ、０ｖに保持されるので、磁気センサ回路７０A のリニア変化出力のみを加算回路７１から出力する。次に、＋４５°から＋１３５°の位置までは、磁気センサ回路７０A の出力はＶ1 にリミットされ、磁気センサ回路７０B の出力のみが０ｖからＶ1 までリニアに変化する。そのため、この間は加算回路７１の出力がＶ1 から２Ｖ1 までリニアに変化する。このようにして、磁気センサ回路７０A と磁気センサ回路７０B の出力を加算回路７１で加算出力することにより、図６に示すように、操作軸３０の−４５°〜＋１３５°の１８０°回転範囲で、回転角度に応じたリニア出力電圧を得ることができる。
【００２８】
図５、図６に示す角度＋１３５°まで、操作軸３０を回転し、今度は操作軸３０を逆方向に＋４５°まで回転させると、磁気センサ回路７０A の出力は、Ｖ1 にリミットされた電圧であるに対し、磁気センサ回路７０B の出力は、図５に示すように、Ｖ1 から０に向けてリニアに変化する。それゆえ、この間の加算回路７１の出力は、図６に示す２Ｖ1 〜Ｖ1 と変化する。
【００２９】
更に、操作軸３０を角度＋４５°から−４５°まで逆方向に回転させてゆくと、磁気センサ７０A の出力は、Ｖ1 から０に向けてリニアに減少してゆく。一方、磁気センサ回路７０B の出力は、０ｖにリミットされたままである。それゆえ、この間の加算回路７１の出力は、図６のＶ1 〜０と変化する。
【００３０】
このように、この実施形態無接触可変電圧器１では、操作軸３０を−４５°から＋１３５°まで正回転し、あるいは逆に＋１３５°から−４５°まで逆回転させた場合、操作軸３０の各回転位置に応じた出力電圧を、しかもリニアに得ることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、２個の磁気センサを９０°ずらして配置し、０〜１８０°回転範囲で、リニアな出力特性を得る場合について説明したが、他の実施形態として、３個の磁気センサを６０°ずらして配置し、それぞれの磁気センサで得られる回転角６０°でのリニア出力を加算し、０〜１８０°の回転範囲でリニア出力特性を得るようにしても良い。また、４個の磁気センサを４５°ずらして配置し、それぞれの磁気センサで得られる回転角４５°でリニア出力を加算し、０〜１８０°の回転範囲でリニア出力特性を得るようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の一実施形態である無接触可変電圧器の外観斜視図である。
【図２】同実施形態無接触可変電圧器の要部断面図図である。
【図３】図１の無接触可変電圧器のシールドカバーを取り除いた状態でのハウジング底面側から見た側面部（ａ）、及び操作軸側から見た側面図（ｂ）である。
【図４】同実施形態無接触可変電圧器の磁気センサを含む磁気センサ回路の回路例を示す図である。
【図５】同磁気センサ回路の出力波形を示す図である。
【図６】同実施形態無接触可変電圧器の操作軸の回転位置と出力電圧の関係を示す図である。
【図７】同実施形態無接触可変電圧器の磁石と磁気センサの設置位置を示す図である。
【図８】従来の無接触可変電圧器の磁石と磁気センサの設置位置を示す図である。
【図９】同従来の無接触可変電圧器の操作軸の回転位置と磁気センサの出力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１              無接触可変電圧器
１０            ケース（ハウジング）
１１            シールドカバー（ハウジング）
３０            操作軸
４０            磁石
６０A 、６０B   磁気センサ
７０A 、７０B   磁気センサ回路
ＩＣ1           アナログ増幅器
ＩＣ2           リミッタ
７１            加算回路
【図１】
2006047120.tif 000003
【図２】
2006047120.tif 000004
【図３】
2006047120.tif 000005
【図４】
2006047120.tif 000006
【図５】
2006047120.tif 000007
【図６】
2006047120.tif 000008
【図７】
2006047120.tif 000009
【図８】
2006047120.tif 000010
【図９】
2006047120.tif 000011